(57)【要約】【課題】  間隙端部近傍を流れるリーク電流を完全になくし、よりリーク電流の少ない電子放出素子及びそれを用いた電子源、画像形成装置を提供する。【解決手段】  基板１上に素子電極２、３を同心円状に形成し、素子電極２、３に跨って導電性膜４を形成し、電子放出部となる間隙５をループ状（エンドレス）に形成する。このような構成により、素子膜端部を流れるリーク電流が存在せず、トータルとしてリーク電流の少ない電子放出素子を実現でき、また、その電子放出素子を用いることにより低消費電力、高品位な画像形成装置を実現できる。【選択図】        図１
2005353463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、第一の電極と、前記第一の電極の周囲に配置された第二の電極と、前記第一の電極と前記第二の電極間に跨って配置された導電性膜とを有し、前記導電性膜には、前記第一の電極の周囲に沿って連続した間隙が形成されていることを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
前記基板は、その表面が帯電防止膜で被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電子放出素子が、互いに直交する行配線と列配線の交点に配置されていることを特徴とする電子源。
【請求項４】
請求項３に記載の電子源と、画像形成部材を有する基板とが対向して配置されていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出素子、複数の電子放出素子をマトリクス状に並べて配線で接続した電子源、及びそれを用いた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子放出素子としては、大別して熱陰極電子放出素子と冷陰極電子放出素子の２種類のものが知られている。冷陰極電子放出素子には、電界放出型、金属／絶縁層／金属型や表面伝導型電子放出素子等がある。
【０００３】
前記電子放出素子の中でも表面伝導型電子放出素子は、図９に示されるような構成を有する。ここで、図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）はそのＡ−Ａ線における断面図である。表面伝導型電子放出素子は、基板１上に対向する一対の素子電極２，３と、素子電極２，３に接続され、その一部に間隙５を有する導電性膜４と、更にこれらの上に形成された帯電防止膜６とを備えており、素子電極２，３間に電圧を印加することにより、間隙５の近傍より電子が放出される。また、間隙５内及びその周辺の導電性膜４上には、炭素或いは炭素化合物を主成分とする膜を形成する場合もある。
【０００４】
導電性膜４の一部に配置される間隙５は、素子電極２，３間に電圧を印加することにより、導電性膜４の一部に形成することができる。この工程を“フォーミング”工程と称する。
【０００５】
帯電防止膜６は、特開平８−１８０８０１号公報（特許文献１）等に記載されているように、絶縁性の基板表面が帯電すると真空中での電子放出特性の不安定性、表面電子放出素子の放電劣化につながるため、基板表面の帯電を防止するために設けられている。帯電を防止する観点からは、帯電防止膜は低抵抗である方が望ましいが、一方、素子電極間の帯電防止膜を流れる電流は、リーク電流として、素子の電子放出効率を落とす原因となるため、帯電防止膜は帯電を防止でき、且つ、リーク電流が実質上問題にならないほど小さい膜を形成するのが好ましい。
【０００６】
一方、このような表面伝導型電子放出素子を、画像形成装置等に応用する際に、一般に単純マトリックス駆動を用いるが、選択時（駆動素子）に流れる電流に対して非選択時（非駆動素子）に流れるリーク電流は十分小さい方が望ましい。とりわけ、高品位の画像形成装置等配置される素子数が多くなるほど、駆動素子に対して非駆動素子の数が増えるため、より小さい値とする必要があり、また、トータルの消費電力や駆動回路の低コスト化の上でも、このようなリーク電流は小さいことが望まれている。
【０００７】
そのため、特開２０００−２５１６６７号公報（特許文献２）には、ＩＪ法等で形成した素子膜端部の膜厚の薄い領域を選択的に除去することで、リーク電流を低減することが提案されている。これは、ＩＪ法等で形成された導電性膜の端部に膜厚の薄い領域ができた場合に、この領域に電子放出部（間隙）が形成されず、間隙端部近傍でリーク電流が流れる問題が生じることへの対策となっている。
【特許文献１】特開平８−１８０８０１号公報
【特許文献２】特開２０００−２５１６６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、素子膜端部の除去方法について、どのような手法を用いた場合においても、素子膜端部は膜のそれ以外の部分と比較してどうしても除去する際の影響を受けやすいために、膜厚や膜質の点で異なる領域になりやすく、間隙端部近傍を流れるリーク電流も低減することはできても、完全になくすことは困難であった。
【０００９】
また、間隙を導電性膜の端まで完全に形成した場合でも、導電性膜そのものを流れる以外に、導電性膜端部に隣接する帯電防止膜を流れるリーク電流が問題となる場合もある。帯電防止膜の抵抗値を制御して、素子電極間の帯電防止膜を流れる電流を押さえた場合でも、図９（ｃ）に矢印で示すように導電性膜に隣接する帯電防止膜を流れるリーク電流が一定量存在するためである。
【００１０】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、間隙端部近傍を流れるリーク電流を完全になくし、よりリーク電流の少ない電子放出素子及びそれを用いた電子源、画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、基板上に、第一の電極と、前記第一の電極の周囲に配置された第二の電極と、前記第一の電極と前記第二の電極間に跨って配置された導電性膜とを有し、前記導電性膜には、前記第一の電極の周囲に沿って連続した間隙が形成されていることを特徴とする電子放出素子である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、リーク電流の少ない電子放出素子を実現できる。また、本発明の電子放出素子を電子源として用いることにより、低消費電力、高品位な画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明の電子放出素子の一実施形態を示す平面図である。図中１は基板、２，３は一対の素子電極、４は導電性膜、５は間隙である。導電性膜４は素子電極２と素子電極３に跨って形成され、間隙５が、素子電極３の周囲に沿って連続的に形成されている。また、基板１の表面には帯電防止膜が形成されている。なお、図１では１個の電子放出素子のみ示しているが、実際には複数の素子が２次元に配列されている。
【００１４】
本実施形態では、対向する素子電極２、３が同心状に配置されていて、間隙５が途切れることなくループ状になっている。このような構成となっているため、間隙５の端部が存在せず、間隙端部近傍を流れるリーク電流の問題から開放されるものである。更に、基板表面を覆う帯電防止膜が素子電極や導電性膜と接続されていても、上記のような構成となっているため、帯電防止膜を介してのリーク電流とも無関係な構成となっている。
【００１５】
図２は本発明の他の実施形態を示す平面図である。図１においては、素子電極の形状は同心円上となっているが、本実施形態では、図２に示すように同心状の矩形の素子電極２、３が形成され、間隙５は途切れることなくループ状になっている。４は導電性膜である。このような構成であっても、間隙５の端部が存在せず、間隙端部近傍を流れるリーク電流の問題は生じない。
【実施例】
【００１６】
次に、本発明の実施例について説明する。本実施例では、上述の電子放出素子、それを用いた画像形成装置及びその製造方法について説明する。
【００１７】
図３〜図５は本実施例で作製したマトリクス状に電子放出素子を有する電子源基板の作製工程を説明するための模式的平面図である。実際の素子数は、３８４０×７６８の数の素子とし、Ｘ方向２００μｍピッチ、Ｙ方向は６００μｍピッチとした。図中３１は基板、３２、３３は素子電極、３７はＹ方向配線(下配線)、３８は絶縁性膜、３９はＸ方向配線（上配線）、３４は導電性膜であり、間隙３５が形成されている。また、これらの上に、図中では不図示の帯電防止膜が形成されている。基板３１上に配置された一つ一つの電子放出素子の構造は、図１に示すものと同じである。
【００１８】
以下、この電子源基板の作製方法を順に説明する。
【００１９】
（ガラス基板／下配線形成）（図３（ａ））
基板３１としてアルカリ成分が少ないＰＤ−２００（旭硝子（株）社製）の２．８ｍｍ厚ガラスを用いた。Ｙ方向配線（下配線）３７は、ライン状のパターンで形成した。材料には銀Ａｇフォトぺーストインキを用い、スクリーン印刷した後、乾燥させてから所定のパターンに露光現像した。この後、４８０℃の温度で焼成して配線を形成した。配線の厚さは約５μｍ、幅１２０μｍとした。
【００２０】
（絶縁層形成）（図３（ｂ））
先に形成したＹ配線（下配線）３７上に絶縁層３８を形成した。絶縁層３８には、Ｙ配線（下配線）３７と後程形成する素子電極の一方との電気的接続が可能なようにコンタクトホール４０が形成されている。本実施例では、ＰｂＯを主成分とする感光性のガラスペーストをスクリーン印刷した後、露光−現像し、４８０℃の温度で焼成し、約７μｍの絶縁層を形成した。更に、スパッタリングでこの上にＳｉＯ２膜１００ｎｍを形成し、フォトリソグラフィーでコンタクトホールを形成する、２層構成の絶縁層とした。
【００２１】
（素子電極形成）（図４（ａ））
続いて、素子電極３２、３３を形成した。スパッタ法によって下引き層としてチタニウムＴｉを５ｎｍ、その上に白金Ｐｔを１００ｎｍ成膜した後、フォトリソグラフィー法によって所望の形状に形成した。素子電極の間隔Ｌは、１０μｍとした。一方の素子電極はコンタクトホール４０を通じて下配線３７と接続されている。
【００２２】
（上配線形成）（図４（ｂ））
Ｘ方向配線（上配線）３９は、銀Ａｇぺーストインキをスクリーン印刷した後乾燥させ、４８０℃の温度で焼成した。この時、Ｘ方向配線（上配線）３９は素子電極３２と接続されている。このＸ方向配線（上配線）３９の厚さは約１５μｍである。図示していないが、外部駆動回路への引出し端子もこれと同様の方法で形成した。このようにしてＸＹマトリクス配線を有する印刷パターン付き基板を作製した。
【００２３】
（導電性膜形成）（図５（ａ））
上記基板を洗浄した後、撥水剤を使用して表面を処理し、表面が疎水性になるようにした。その後、素子電極間にインクジェット塗布方法により、導電性膜３４を形成した。
【００２４】
本実施例では、導電性膜３４としてパラジウム膜を得る目的で、先ず水、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）からなる水溶液に、パラジウム錯体を溶解し、有機パラジウム含有溶液を得た。この他若干の添加剤を加えた。この溶液の液滴を、液滴付与手段としてピエゾ素子を用いたインクジェット噴射装置を用い、ドット径が８０μｍと、基板上の素子電極３３上、素子電極３３と素子電極３２の間、及び素子電極３２上に跨るようなドット径に調整して、付与した。その後、この基板を空気中にて、３５０℃で２０分間の加熱焼成処理をして酸化パラジウム（ＰｄＯ）とした。ドットの直径は約８０μｍ、厚みは最大で１０ｎｍの膜が得られた。以上の工程により、素子部分に導電性膜３４として酸化パラジウムＰｄＯ膜が形成された。
【００２５】
（帯電防止膜形成）（図５（ａ）と図５（ｂ）との間の工程で図無し）
続いて、スプレー噴霧装置により酸化スズを主成分とする超微粒子を有機溶媒（イソプロピルアルコール、エチルアルコールの混合液）に分散させた溶液を基板全面に噴霧し、その後、３８０℃で１０分の熱処理を行い、帯電防止膜を形成した。帯電防止膜の厚さは平均で３０ｎｍ、シート抵抗値は１×１０10Ω／□になるようにした。
【００２６】
（フォーミング−活性化）（図５（ｂ））
続いて、フォーミング工程を実施した。上記基板の周囲の取り出し電極部を残して、基板全体を覆うようにフード状の蓋をかぶせて真空ポンプで排気することにより基板との間で内部に真空空間を作り、容器内の圧力が２×１０−３Ｐａに到達するまで排気した。更に、２％の水素を混合した窒素ガスを導入し、外部電源より電極端子部からＸＹ配線間に電圧を印加し、素子電極間に通電する事によって導電性膜中に電気的に高抵抗な状態の間隙３５を形成した。
【００２７】
フォーミングの電圧波形は、図６（ａ）に示す波形とし、本実施例では、パルス幅Ｔ１を０．１ｍｓｅｃ、パルス間隔Ｔ２を１０ｍｓｅｃ、波高値は１０Ｖとした。
【００２８】
引き続き、上記素子に活性化と呼ばれる処理を行った。フォーミングと同様に真空空間を作り、外部からＸＹ配線を通じてパルス電圧を素子電極に繰り返し印加することによって行った。
【００２９】
本工程ではカーボン源としてトリニトリルを用い、スローリークバルブを通して真空空間内に導入し、１．３×１０−４Ｐａを維持した。導入するトリニトリルの圧力は、真空装置の形状や真空装置に使用している部材等によって若干影響されるが、１×１０−５Ｐａ〜１×１０−２Ｐａ程度が好適である。
【００３０】
電圧印加は、図６（ｂ）に示すような波形を用い、パルス幅Ｔ１を１ｍｓｅｃ、パルス間隔Ｔ２を１０ｍｓｅｃ、波高値は１６Ｖで行った。約６０分後に素子電流Ｉｆがほぼ飽和に達した時点で通電を停止し、スローリークバルブを閉め、活性化処理を終了した。
【００３１】
作製した素子を観察したところ、同心円状に配置された対向する素子電極間を、間隙が途切れることなくループ上に形成されていることが確認できた。以上の工程で、電子源素子を有する基板を作製することができた。
【００３２】
上述のような素子構成と製造方法によって作製された電子放出素子の基本特性について図７を用いて説明する。図７は前述した構成を有する素子の電子放出特性を測定するための測定評価装置の構成を示す概略図である。
【００３３】
電子放出素子の素子電極間を流れる素子電流Ｉｆ、及びアノードへの放出電流Ｉｅの測定に当たっては、素子電極に電源５１と電流計５０とを接続し、電子放出素子の上方に電源５３と電流計５２とを接続したアノード電極５４を配置している。図７において、７は電子放出素子を示し、ガラス基板、素子電極、導電性膜、間隙（電子放出部）よりなっている。
【００３４】
また、５１は素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源、５０は素子電極間の電子放出部を含む導電性膜を流れる素子電流Ｉｆを測定するための電流計、５４は素子の電子放出部より放出される放出電流Ｉｅを捕捉するためのアノード電極、５３はアノード電極５４に電圧を印加するための高圧電源、５２は素子の間隙５（電子放出部）より放出される放出電流Ｉｅを測定するための電流計である。また、本電子放出素子及びアノード電極５４は真空装置５５内に設置され、その真空装置５５には排気ポンプ５６及び真空計等の真空装置に必要な機器が具備されており、所望の真空下で本素子の測定評価を行える。
【００３５】
図７に示す測定評価装置により放出電流Ｉｅ及び素子電流Ｉｆの測定を行った。本実施例で作製した素子については、素子電極間の印加電圧Ｖｆ＝１２Ｖにおける放出電流Ｉｅを測定した結果、平均０．６μＡ、電子放出効率は平均０．１５％で、一方、非選択時（非駆動素子）に素子電極間に流れる電流に相当する素子電極間の印加電圧Ｖｆ５Vの場合の素子電流Ｉｆは０．００８μＡであった。
【００３６】
一方、図９に示す従来の素子について測定したところ、非選択時（非駆動素子）に素子電極間に流れる電流に相当する素子電極間の印加電圧Ｖｆ５Vの場合の素子電流Ｉｆは０．０２μＡであった。
【００３７】
引き続き、上記単純マトリクス配置の電子源基板を用いて画像形成パネルを作製する工程について図８を用いて説明する。
【００３８】
（封着−パネル化）
図８において、２０は電子放出素子が多数配置された電子源基板であり、リアプレートと呼ぶ（配線、電子放出素子等は不図示）。２２はガラス基板２３の内面に蛍光膜２４とメタルバック２５等が形成されたフェースプレートで、フェースプレート−リアプレート間に電圧を印加するための高圧端子２１１がある。２６は支持枠であり、リアプレート２０、支持枠２６及びフェースプレート２２をフリットガラスによって接着し、４００℃で２０分焼成することで、封着して外囲器２１２を構成した。この一連の工程は全て１０−５Ｐａの真空度のチャンバー中で行い、外囲器２１２内部を最初から真空にした。
【００３９】
（画像表示素子）
上記画像表示パネルに画像表示のための駆動回路を接続することによりＨＤＴＶ方式のテレビ信号に基づいたテレビジョン表示用の画像表示装置を作製した。
【００４０】
以上のように本発明による画像表示装置において、各電子放出素子にパネル内のＸＹ配線を通じ、電圧を印加することにより電子放出させ、高圧端子Ｈｖ２１１を通じ、アノード電極であるメタルバック２５に高圧を印加し、発生した電子ビームを加速し、蛍光膜２４に衝突させることによって画像を表示することができる。上記方法で作製した画像形成装置は良好な表示品位を持つものであった。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明による電子放出素子の一実施形態を示す模式的平面図である。
【図２】本発明の電子放出素子の他の実施形態を示す模式的平面図である。
【図３】本発明に係る電子源基板の製造方法を説明するための図である。
【図４】本発明に係る電子源基板の製造方法を説明するための図である。
【図５】本発明に係る電子源基板の製造方法を説明するための図である。
【図６】フォーミング工程、活性化工程で用いる電圧波形を説明する図である。
【図７】電子放出特性を測定するための測定評価装置を示す概略図である。
【図８】電子源基板を用いた画像形成パネルを説明するための図である。
【図９】従来例の電子放出素子を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  基板
２，３  素子電極
４  導電性膜
５  間隙
６  帯電防止膜
７  電子放出素子
２０  電子源基板
２１  基板（ガラス基板）
２２  フェースプレート
２３  ガラス基板
２４  蛍光膜
２５  メタルバック
２６  支持枠
２１１  高圧端子
２１２  外囲器
３１  基板
３２、３３  素子電極
３４  導電性膜
３５  間隙
３７  Y方向配線（下配線）
３８  層間絶縁層
３９  X方向配線（上配線）
５０  電流計
５１  電源
５２  電流計
５３  高圧電源
５４  アノード電極
５５  真空装置
５６  排気ポンプ
【図１】
2005353463.tif 000003
【図２】
2005353463.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005353463.tif 000008
【図７】
2005353463.tif 000009
【図８】
2005353463.tif 000010
【図９】
2005353463.tif 000011